解説

遺伝子コード型バイオセンサーを用いた代謝イメージングの潮流
生細胞内代謝の可視化技術

Vol.62 No.8 Page. 369 - 377 (published date : 2024年8月1日)
今村 博臣1
  1. 京都大学大学院生命科学研究科
vol62_8

 

概要原稿

蛍光バイオセンサーを用いて生きた細胞の代謝をイメージングすることで，代謝状態の時空間動態を解析することが可能になってきた．ここでは，ATPやアミノ酸など，代表的な代謝物を計測するための蛍光バイオセンサーの作動原理と開発動向を解説する．

リファレンス

  1. 1) R. Y. Tsien: Annu. Rev. Biochem., 67, 509 (1998).
  2. 2) M. V. Matz, A. F. Fradkov, Y. A. Labas, A. P. Savitsky, A. G. Zaraisky, M. L. Markelov ＆ S. A. Lukyanov: Nat. Biotechnol., 17, 969 (1999).
  3. 3) N. O. Alieva, K. A. Konzen, S. F. Field, E. A. Meleshkevitch, M. E. Hunt, V. Beltran-Ramirez, D. J. Miller, J. Wiedenmann, A. Salih ＆ M. V. Matz: PLoS One, 3, e2680 (2008).
  4. 4) J. Wiedenmann, A. Schenk, C. Rocker, A. Girod, K.-D. Spindler ＆ G. U. Nienhaus: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 11646 (2002).
  5. 5) E. M. Merzlyak, J. Goedhart, D. Shcherbo, M. E. Bulina, A. S. Shcheglov, A. F. Fradkov, A. Gaintzeva, K. A. Lukyanov, S. Lukyanov, T. W. J. Gadella et al.: Nat. Methods, 4, 555 (2007).
  6. 6) R. Heim, D. C. Prasher ＆ R. Y. Tsien: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 12501 (1994).
  7. 7) M. Ormo, A. B. Cubitt, K. Kallio, L. A. Gross, R. Y. Tsien ＆ S. J. Remington: Science, 273, 1392 (1996).
  8. 8) N. C. Shaner, R. E. Campbell, P. A. Steinbach, B. N. G. Giepmans, A. E. Palmer ＆ R. Y. Tsien: Nat. Biotechnol., 22, 1567 (2004).
  9. 9) W. Tomosugi, T. Matsuda, T. Tani, T. Nemoto, I. Kotera, K. Saito, K. Horikawa ＆ T. Nagai: Nat. Methods, 6, 351 (2009).
  10. 10) D. Shcherbo, E. M. Merzlyak, T. V. Chepurnykh, A. F. Fradkov, G. V. Ermakova, E. A. Solovieva, K. A. Lukyanov, E. A. Bogdanova, A. G. Zaraisky, S. Lukyanov et al.: Nat. Methods, 4, 741 (2007).
  11. 11) H. Imamura, S. Otsubo, M. Nishida, N. Takekawa ＆ K. Imada: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 120, e2307687120 (2023).
  12. 12) A. Miyawaki: Dev. Cell, 4, 295 (2003).
  13. 13) W. B. Frommer, M. W. Davidson ＆ R. E. Campbell: Chem. Soc. Rev., 38, 2833 (2009).
  14. 14) A. Miyawaki, J. Llopis, R. Heim, J. M. McCaffery, J. A. Adams, M. Ikura ＆ R. Y. Tsien: Nature, 388, 882 (1997).
  15. 15) M. Fehr, W. B. Frommer ＆ S. Lalonde: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 9846 (2002).
  16. 16) M. Fehr, S. Lalonde, I. Lager, M. W. Wolff ＆ W. B. Frommer: J. Biol. Chem., 278, 19127 (2003).
  17. 17) M. A. Dwyer ＆ H. W. Hellinga: Curr. Opin. Struct. Biol., 14, 495 (2004).
  18. 18) R. P.-A. Berntsson, S. H. J. Smits, L. Schmitt, D.-J. Slotboom ＆ B. Poolman: FEBS Lett., 584, 2606 (2010).
  19. 19) H. Imamura, K. P. H. Nhat, H. Togawa, K. Saito, R. Iino, Y. Kato-Yamada, T. Nagai ＆ H. Noji: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 106, 15651 (2009).
  20. 20) M. Nakano, H. Imamura, T. Nagai ＆ H. Noji: ACS Chem. Biol., 6, 709 (2011).
  21. 21) K. De Bock, M. Georgiadou, S. Schoors, A. Kuchnio, B. W. Wong, A. R. Cantelmo, A. Quaegebeur, B. Ghesquiere, S. Cauwenberghs, G. Eelen et al.: Cell, 154, 651 (2013).
  22. 22) S. Ozawa, S. Ueda, H. Imamura, K. Mori, K. Asanuma, M. Yanagita ＆ T. Nakagawa: Sci. Rep., 5, 18575 (2015).
  23. 23) K. Maeshima, T. Matsuda, Y. Shindo, H. Imamura, S. Tamura, R. Imai, S. Kawakami, R. Nagashima, T. Soga, H. Noji et al.: Curr. Biol., 28, 444 (2018).
  24. 24) H. Imamura, S. Sakamoto, T. Yoshida, Y. Matsui, S. Penuela, D. W. Laird, S. Mizukami, K. Kikuchi ＆ A. Kakizuka: eLife, 9, e61960 (2020).
  25. 25) R. H. G. Wright, A. Lioutas, F. L. Dily, D. Soronellas, A. Pohl, J. Bonet, A. S. Nacht, S. Samino, J. Font-Mateu, G. P. Vicent et al.: Science, 352, 1221 (2016).
  26. 26) H. Yaginuma, S. Kawai, K. V. Tabata, K. Tomiyama, A. Kakizuka, T. Komatsuzaki, H. Noji ＆ H. Imamura: Sci. Rep., 4, 6522 (2014).
  27. 27) M. Takaine, M. Ueno, K. Kitamura, H. Imamura ＆ S. Yoshida: J. Cell Sci., 132, jcs230649 (2019).
  28. 28) M. Takaine, H. Imamura ＆ S. Yoshida: eLife, 11, e67659 (2022).
  29. 29) W.-H. Lin ＆ C. Jacobs-Wagner: Curr. Biol., 32, 3911 (2022).
  30. 30) S. Arai, R. Kriszt, K. Harada, L.-S. Looi, S. Matsuda, D. Wongso, S. Suo, S. Ishiura, Y.-H. Tseng, M. Raghunath et al.: Angew. Chem. Int. Ed., 57, 10873 (2018).
  31. 31) M. A. Lobas, R. Tao, J. Nagai, M. T. Kronschlager, P. M. Borden, J. S. Marvin, L. L. Looger ＆ B. S. Khakh: Nat. Commun., 10, 711 (2019).
  32. 32) L. Hellweg, A. Edenhofer, L. Barck, M.-C. Huppertz, M. S. Frei, M. Tarnawski, A. Bergner, B. Koch, K. Johnsson ＆ J. Hiblot: Nat. Chem. Biol., 19, 1147 (2023).
  33. 33) J. Berg, Y. P. Hung ＆ G. Yellen: Nat. Methods, 6, 161 (2009).
  34. 34) M. Tantama, J. R. Martinez-Francois, R. Mongeon ＆ G. Yellen: Nat. Commun., 4, 2550 (2013).
  35. 35) O. I. Kolenc ＆ K. P. Quinn: Antioxid. Redox Signal., 30, 875 (2019).
  36. 36) Y. Zhao, J. Jin, Q. Hu, H.-M. Zhou, J. Yi, Z. Yu, L. Xu, X. Wang, Y. Yang ＆ J. Loscalzo: Cell Metab., 14, 555 (2011).
  37. 37) Y. P. Hung, J. G. Albeck, M. Tantama ＆ G. Yellen: Cell Metab., 14, 545 (2011).
  38. 38) Y. Zhao, Q. Hu, F. Cheng, N. Su, A. Wang, Y. Zou, H. Hu, X. Chen, H.-M. Zhou, X. Huang et al.: Cell Metab., 21, 777 (2015).
  39. 39) X. A. Cambronne, M. L. Stewart, D. Kim, A. M. Jones-Brunette, R. K. Morgan, D. L. Farrens, M. S. Cohen ＆ R. H. Goodman: Science, 352, 1474 (2016).
  40. 40) W. D. Cameron, C. V. Bui, A. Hutchinson, P. Loppnau, S. Graslund ＆ J. V. Rocheleau: Nat. Methods, 13, 352 (2016).
  41. 41) R. Tao, Y. Zhao, H. Chu, A. Wang, J. Zhu, X. Chen, Y. Zou, M. Shi, R. Liu, N. Su et al.: Nat. Methods, 14, 720 (2017).
  42. 42) A. Karagiannis, T. Gallopin, A. Lacroix, F. Plaisier, J. Piquet, H. Geoffroy, R. Hepp, J. Naude, B. Le Gac, R. Egger et al.: eLife, 10, e71424 (2021).
  43. 43) M. Certo, A. Llibre, W. Lee ＆ C. Mauro: Trends Endocrinol. Metab., 33, 722 (2022).
  44. 44) A. San Martin, S. Ceballo, I. Ruminot, R. Lerchundi, W. B. Frommer ＆ L. F. Barros: PLoS One, 8, e57712 (2013).
  45. 45) Y. Nasu, C. Murphy-Royal, Y. Wen, J. N. Haidey, R. S. Molina, A. Aggarwal, S. Zhang, Y. Kamijo, M.-E. Paquet, K. Podgorski et al.: Nat. Commun., 12, 7058 (2021).
  46. 46) Y. Nasu, A. Aggarwal, G. N. T. Le, C. T. Vo, Y. Kambe, X. Wang, F. R. M. Beinlich, A. B. Lee, T. R. Ram, F. Wang et al.: Nat. Commun., 14, 6598 (2023).
  47. 47) S. Okumoto, L. L. Looger, K. D. Micheva, R. J. Reimer, S. J. Smith ＆ W. B. Frommer: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 8740 (2005).
  48. 48) R. Y. Tsien: Keio J. Med., 55, 127 (2006).
  49. 49) S. A. Hires, Y. Zhu ＆ R. Y. Tsien: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 105, 4411 (2008).
  50. 50) J. S. Marvin, B. G. Borghuis, L. Tian, J. Cichon, M. T. Harnett, J. Akerboom, A. Gordus, S. L. Renninger, T.-W. Chen, C. I. Bargmann et al.: Nat. Methods, 10, 162 (2013).
  51. 51) A. Aggarwal, R. Liu, Y. Chen, A. J. Ralowicz, S. J. Bergerson, F. Tomaska, B. Mohar, T. L. Hanson, J. P. Hasseman, D. Reep et al.; GENIE Project Team: Nat. Methods, 20, 925 (2023).
  52. 52) W. H. Zhang, M. K. Herde, J. A. Mitchell, J. H. Whitfield, A. B. Wulff, V. Vongsouthi, I. Sanchez-Romero, P. E. Gulakova, D. Minge, B. Breithausen et al.: Nat. Chem. Biol., 14, 861 (2018).
  53. 53) T. Yoshida, H. Nakajima, S. Takahashi, A. Kakizuka ＆ H. Imamura: ACS Sens., 4, 3333 (2019).
  54. 54) S. Okada, K. Ota ＆ T. Ito: Protein Sci., 18, 2518 (2009).
  55. 55) K. Gruenwald, J. T. Holland, V. Stromberg, A. Ahmad, D. Watcharakichkorn ＆ S. Okumoto: PLoS One, 7, e38591 (2012).
  56. 56) T. Kaper, L. L. Looger, H. Takanaga, M. Platten, L. Steinman ＆ W. B. Frommer: PLoS Biol., 5, e257 (2007).
  57. 57) R. Tao, K. Wang, T.-L. Chen, X.-X. Zhang, J.-B. Cao, W.-Q. Zhao, J.-L. Du ＆ Y. Mu: Cell Discov., 9, 106 (2023).
  58. 58) G. R. Steinberg ＆ D. G. Hardie: Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 24, 255 (2023).
  59. 59) P. Tsou, B. Zheng, C.-H. Hsu, A. T. Sasaki ＆ L. C. Cantley: Cell Metab., 13, 476 (2011).
  60. 60) Y. Konagaya, K. Terai, Y. Hirao, K. Takakura, M. Imajo, Y. Kamioka, N. Sasaoka, A. Kakizuka, K. Sumiyama, T. Asano et al.: Cell Rep., 21, 2628 (2017).
  61. 61) T. Tsuyama, J.-I. Kishikawa, Y.-W. Han, Y. Harada, A. Tsubouchi, H. Noji, A. Kakizuka, K. Yokoyama, T. Uemura ＆ H. Imamura: Anal. Chem., 85, 7889 (2013).


本文はトップページからログインをして頂くと表示されます。